Wykład 7. Podstawy termodynamiki i kinetyki procesowej - wykład 7. Anna Ptaszek. 21 maja Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego

Transkrypt

1 Wykład 7 knetyk knetyk procesowej - Katedra Inżyner Aparatury Przemysłu Spożywczego 21 maja / 31

2 Układ weloskładnkowy dwufazowy knetyk P woda 1 atm lód woda cek a woda + substancja nelotna para wodna T 2 / 31

3 Układ weloskładnkowy dwufazowy knetyk Roztwór to układ jednorodny weloskładnkowy. Rozpuszczene substancj nelotnej (cała stałego) w ceczy powoduje obnżene prężnośc pary nad tą ceczą. W konsekwencj następuje obnżene temperatury krzepnęca podwyższene temperatury wrzena. Zjawska kolgatywne do tej grupy zalczamy zjawska będące konsekwencją obnżena prężnośc pary czyl: ebuloskopę kroskopę cśnene osmotyczne 3 / 31

4 Zjawska kolgatywne knetyk K E - to stała ebulometryczna: T W = K E m K E = R T 0 2 M 1000 H W M - masa molowa substancj rozpuszczonej T 0 - temperatura wrzena czystego rozpuszczalnka, H W - molowe cepło parowana Stała ta podaje podwyższene temperatury wrzena dla roztworu 1 molowego jest charakterystyczna dla rozpuszczalnka. 4 / 31

5 Zjawska kolgatywne knetyk K K - to stała krometryczna: T K = K K m K = R T 2 0 M 1000 H K M - masa molowa substancj rozpuszczonej T 0 - temperatura krzepnęca czystego rozpuszczalnka, H K - molowe cepło krzepnęca Stała krometryczna podaje obnżene temperatury krzepnęca dla roztworu 1 molowego jest charakterystyczna dla rozpuszczalnka. 5 / 31

6 Układ weloskładnkowy dwufazowy knetyk Cśnene osmotyczne Pojęce to odnos sę do zjawska osmozy, jake zachodz pomędzy roztworem a czystym rozpuszczalnkem przy założenu, że są one oddzelone membraną czyl przegrodą przepuszczalną tylko dla cząsteczek rozpuszczalnka. Dlaczego membrana? Z powodu obecnośc błony dochodz do przecwnego w stosunku do klasycznej dyfuzj zachowana cząsteczek. Przepływ rozpuszczalnka zachodz do momentu wyrównana potencjałów chemcznych zarówno rozpuszczalnka jak substancj rozpuszczonej po obu stronach przegrody. Objawem zjawska jest wzrost objętośc roztworu, powodujący zmnejszene stężena substancj nelotnej. 6 / 31

7 Cśnene osmotyczne knetyk 7 / 31

8 Cśnene osmotyczne knetyk 8 / 31

9 Cśnene osmotyczne knetyk 9 / 31

10 Cśnene osmotyczne knetyk Osmotyczne równane stanu równane van t Hoffa dla układów doskonałych: π c = RT M n Jest ono analogczne do równana stanu gazu doskonałego (równane Claususa-Clapeyrona): p V = nrt, p V = m M RT p c = RT M 10 / 31

11 Cśnene osmotyczne knetyk / 31

12 Cśnene osmotyczne knetyk Osmotyczne wralne równane stanu to równane opsujące oddzaływana pomędzy cząsteczkam substancj rozpuszczonej a rozpuszczalnkem: π c = RT [1 + A 2 (T )c + A 3 (T )c ] (1) M n W równanu tym A 2 (T ) oraz A 3 (T ) oznaczą drug trzec współczynnk wralu, c stężene substancj rozpuszczonej natomast M n średną osmotyczną masę cząsteczkową substancj rozpuszczonej. 12 / 31

13 Cśnene osmotyczne knetyk Perwszy współczynnk wralu czyl odwrotność średnej osmotycznej masy cząsteczkowej. Jej wyznaczene wymaga ekstrapolacj do zerowej wartośc stężena / 31

14 Cśnene osmotyczne knetyk Drug współczynnk wralu A 2 (T ) ujemna wartość wskazuje na newelke pownowactwo pomędzy substancją rozpuszczoną a rozpuszczalnkem a co za tym dze możlwość agregacj/asocjacj łańcuchów czy wręcz wytrącane lub rekrystalzację duże dodatne wartośc tego współczynnka wskazują na pełną kompatyblność rozpuszczalnka makrocząsteczk. 14 / 31

15 Cśnene osmotyczne knetyk Drug współczynnk wralu A 2 (T ) duże dodatne wartośc tego współczynnka wskazują na pełną kompatyblność rozpuszczalnka makrocząsteczk / 31

16 Cśnene osmotyczne knetyk Drug współczynnk wralu A 2 (T ) ujemna wartość wskazuje na newelke pownowactwo pomędzy substancją rozpuszczoną a rozpuszczalnkem a co za tym dze możlwość agregacj/asocjacj łańcuchów czy wręcz wytrącane lub rekrystalzację c / 31

17 Cśnene osmotyczne knetyk Osmometra membranowa Tego typu urządzenam można merzyć cśnena do około 0,1 mmh 2 O co praktyczne pozwala badać roztwory polmerów do masy cząsteczkowej około g/mol. Dolny zakres pomarowy zależny jest tylko od porowatośc membrany cut-off. 17 / 31

18 Cśnene osmotyczne knetyk Osmometra parowa W tej metodze merzony jest efekt ceplny kondensacj par rozpuszczalnka na kropl czystego rozpuszczalnka badanego roztworu. Przyrządam tym można dokonywać pomarów mas cząsteczkowych w zakrese około g/mol. rozpuszczalnk roztwór 18 / 31

19 Cśnene osmotyczne knetyk Zależność lnowa Roztwór dekstranu - przykład dobrej rozpuszczalnośc w wodze Baselne Drft Slope Intercept R2 Molecular Weght g/mole 6.00 /C [C] Gonotec GmbH Berln 19 / 31

20 Cśnene osmotyczne knetyk Zależność lnowa Roztwór żelatyny ryb morskch Baselne Drft Slope Intercept R2 Molecular Weght g/mole 6.00 /C [C] Gonotec GmbH Berln 20 / 31

21 Cśnene osmotyczne knetyk Zależność nelnowa Klek skrob zemnaczanej woskowej Baselne Drft Slope Intercept R2 Molecular Weght g/mole 2.00 /C [C] Gonotec GmbH Berln 21 / 31

22 Cśnene osmotyczne knetyk Zależność lnowa Roztwór WPC koncentratu bałka serwatkowego - przykład ogranczonej rozpuszczalnośc w wodze Baselne Drft Slope Intercept R2 Molecular Weght g/mole /C [C] / 31

23 Cśnene osmotyczne knetyk Zależność nelnowa Roztwór WPI zolatu bałka serwatkowego Baselne Drft Slope Intercept R2 Molecular Weght g/mole /C [C] Gonotec GmbH Berln 23 / 31

24 Cśnene osmotyczne knetyk Zależnośc nelnowe Roztwory popularnych hydrokolodów CA - karagen, XG - guma ksantanowa, AG - guma arabska π/c, mmh 2 O/(g/100mL) WPC π/c, mmh 2 O/(g/100mL) CA c WPC, g/100ml c CA, g/100ml π/c, mmh 2 O/(g/100mL) 9 8 XG π/c, mmh 2 O/(g/100mL) AG c XG, g/100ml c AG, g/100ml 24 / 31

25 Cśnene osmotyczne knetyk c INU, g/100ml XG 30 o C XG 40 o C INU 30 o C INU 40 o C model dla XG model dla INU XG, π/c, mmh 2 O/(g/100mL) INU, π/c, mmh 2 O/(g/100mL) c XG, g/100ml 25 / 31

26 Cśnene osmotyczne knetyk /(g/100cm 3 ) WPI, π/c, mmh 2 O o WPI 30 C 40 o C o SPI 30 C o 40 C model dla WPI model dla SPI π/c, mmh 2 O/(g/100cm 3 ) SPI, ,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 c, g/100cm 3 26 / 31

27 Cśnene osmotyczne knetyk Zastosowana pomar aktywnośc wodnej wpływ temperatury na oddzaływana - dmeryzacja - zmana masy cząsteczkowej (laktoferyna) proces retrogradacj - rekrystalzacja amylozy ocena wodochłonnośc hydrokolodów odwadnane osmotyczne produktów 27 / 31

28 Prężność pary knetyk Aktywność wodna a w = p p s (2) entuzjaśc nżyner procesowej zauważą analogę do wlgotnośc względnej: φ = p P 0 (3) gdze p cśnene oparów nad produktem a p s (P 0 ) prężność pary nasyconej w tej samej temperaturze. 28 / 31

29 Prężność pary knetyk Ocena wodochłonnośc hydrokolodów π = c RT = n V RT = m V RT M w (4) V objętość roztworu wykazującego dane cśnene osmotyczne 29 / 31

30 Prężność pary knetyk Odwrócona osmoza to proces wymuszony podwyższonym cśnenem 30 / 31

31 Prężność pary knetyk Odwadnane osmotyczne to metoda utrwalana polegająca na zmnejszanu aktywnośc wodnej 31 / 31